【手続補正書】
【提出日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令と位置フィードバックを入力とし、速度指令を出力する位置制御部と、
速度指令と速度フィードバック値と速度フィードフォワード値を入力とし、トルク指令を出力する速度制御部と、
トルク指令を入力しサーボモータを回転させる駆動部と、を有するサーボ制御装置において、
オーバーシュートを測定しながら速度フィードフォワードゲインを調整するステップと、
目標円弧半径縮小量および前記速度フィードフォワードゲインから演算で前記位置制御部の位置制御ループゲインを求めるステップと、
前記オーバーシュートが許容値になるまで前記速度フィードフォワードゲインを調整するステップと、前記位置制御部の位置制御ループゲインを求めるステップと、を繰り返すステップを備えることを特徴とするサーボ制御装置の調整方法。
【請求項２】
前記位置制御ループゲインＫＰは、速度制御をＰＩ制御とするとき、式（１）によって求めることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置の調整方法。
【数１】
2005135060.tif 000001
ただし、ΔＲ：円弧半径縮小量［ｍｍ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓ］、Ｖｆｆ：速度フィードフォワードゲイン、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］
【請求項３】
前記位置制御ループゲインＫＰは、速度制御をＩＰ制御とするとき、式（２）によって求めることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置の調整方法。
【数２】
2005135060.tif 000002
ただし、ΔＲ：円弧半径縮小量［ｍｍ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓ］、Ｖｆｆ：速度フィードフォワードゲイン、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］、Ｔｉ：速度制御ループ積分時定数［ｓｅｃ］
【請求項４】
位置指令と位置フィードバックを入力とし、速度指令を出力する位置制御部と、
速度指令と速度フィードバック値と速度フィードフォワード値を入力とし、トルク指令を出力する速度制御部と、
トルク指令を入力しサーボモータを回転させる駆動部と、を有するサーボ制御装置において、
目標円弧半径縮小量および速度フィードフォワードゲインから演算で前記位置制御部の位置制御ループゲインを求める位置制御ループゲイン算出部を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項５】
前記位置制御ループゲインＫＰは、速度制御をＰＩ制御とするとき、式（３）によって求めることを特徴とする請求項４記載のサーボ制御装置。
【数３】
2005135060.tif 000003

ただし、ΔＲ：円弧半径縮小量［ｍｍ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓ］、Ｖｆｆ：速度フィードフォワードゲイン、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］
【請求項６】
前記位置制御ループゲインＫＰは、速度制御をＩＰ制御とするとき、式（４）によって求めることを特徴とする請求項４記載のサーボ制御装置。
【数４】
2005135060.tif 000004
ただし、ΔＲ：円弧半径縮小量［ｍｍ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓ］、Ｖｆｆ：速度フィードフォワードゲイン、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］、Ｔｉ：速度制御ループ積分時定数［ｓｅｃ］
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】サーボ制御装置およびその調整方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状輪郭に沿って移動し、軌跡追従制御をするサーボ制御装置およびその調整方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の形状輪郭に沿って移動して軌跡追従制御をする従来の制御装置では、オーバーシュート量や振動を測定して位置制御部の位置制御ゲインの調整を行い、円弧軌跡での形状誤差については、あらかじめ設定された目標円弧半径縮小量以内となるように移動速度を調整していた。例えば特開平８−１３７５３６は、速度制御がＩＰ制御の場合に、許容半径縮小量と位置制御ゲインおよび速度制御積分時定数から式（１）を用いて移動速度を制限している。
【数１】
2005135060.tif 000005
ただし、ΔＲ：円弧半径縮小量［ｍｍ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓ］、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］、Ｔｉ：速度制御ループ積分時定数［ｓｅｃ］
【０００３】
図５は、従来の数値制御装置の構成を示すブロック図である。
図５において、３１は加工プログラムを解析し、円弧補間指令か否かを判断する加工プログラム解析部、３２は加工プログラム解析部により解析された円弧補間の指令半径と許容半径縮小量とサーボ制御装置の位置制御ループゲインおよび速度制御ループの積分時定数から式（１）を用いて最大移動速度を算出する最大移動速度算出部、３３は加工プログラム解析部により解析された指令速度と、３２で演算された最大移動速度を比較して小さい方を最終指令速度とする最終指令速度選択部、３４は最終指令速度に基づいて加工プログラムの加工軌跡の補間演算を行う補間部である。
【０００４】
図６は従来の方法の処理手順を示すフローチャートである。
図６において、はじめに、解析された加工プログラムが円弧補間指令か否かを加工プログラム解析部にて判断する（ステップ１）。次に、加工プログラム解析部にて円弧補間と判断された場合、式（１）に基づいて最大移動速度を算出する（ステップ２）。ここで加工プログラム解析部において円弧補間指令でないと判別された場合は、最大移動速度は算出されない。次に、加工プログラムによる指令速度と最大移動速度を比較し、小さい方を最終移動速度とする（ステップ３〜５）。次に、最終移動速度に基づいて加工プログラムの補間演算を行い、各制御軸の移動指令を算出する（ステップ６）。そして、各制御軸の移動指令をサーボ制御装置に出力する（ステップ７）。
【特許文献１】特開平８−１３７５３６号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の形状輪郭に沿って移動して軌跡追従制御をする制御装置と調整方法では、円弧補間指令のみ移動速度が制限され、円弧補間でない場合は、移動速度は制限されないため、例えば微小連続直線での円弧形状指令の場合、移動速度が制限されず、指令速度のまま加工されるため形状誤差が大きくなるという問題があった。
また、式（１）には、形状誤差低減のために通常使用される速度フィードフォワードが考慮されていないため、速度フィードフォワードを使用したした場合には形状誤差を低減させるサーボ調整ができないという問題もあった。
本発明は、指令プログラムや移動速度によらず、また、速度フィードフォワードを使用した場合でも、形状誤差が目標の円弧半径縮小量となるように簡単に調整することができるサーボ制御装置とその調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明のサーボ制御装置の調整方法は、位置指令と位置フィードバックを入力とし、速度指令を出力する位置制御部と、速度指令と速度フィードバック値と速度フィードフォワード値を入力とし、トルク指令を出力する速度制御部と、トルク指令を入力しサーボモータを回転させる駆動部と、を有するサーボ制御装置において、オーバーシュートを測定しながら速度フィードフォワードゲインを調整するステップと、目標円弧半径縮小量および前記速度フィードフォワードゲインから演算で前記位置制御部の位置制御ループゲインを求めるステップと、前記オーバーシュートが許容値になるまで前記速度フィードフォワードゲインを調整するステップと、前記位置制御部の位置制御ループゲインを求めるステップと、を繰り返すステップを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のサーボ制御装置は、位置指令と位置フィードバックを入力とし、速度指令を出力する位置制御部と、速度指令と速度フィードバック値と速度フィードフォワード値を入力とし、トルク指令を出力する速度制御部と、トルク指令を入力しサーボモータを回転させる駆動部と、を有するサーボ制御装置において、目標円弧半径縮小量および速度フィードフォワードゲインから演算で前記位置制御部の位置制御ループゲインを求める位置制御ループゲイン算出部を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、数式に基づいて位置制御ループゲインを求めるため、形状誤差が目標円弧半径縮小量となるような軌跡追従制御のサーボ調整が、速度フィードフォワードゲインを使用してオーバーシュートの調整をするだけで簡単に行うことができる。その上、指令プログラムや移動速度によらず、フィードフォワードを使用した場合にも、形状誤差を目標の円弧半径縮小量にする事ができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明のサーボ制御装置の構成を示す制御ブロック図である。図において２０は位置制御部で、位置指令と位置フィードバックを入力とし、位置指令と位置フィードバックの偏差値に位置制御ループゲイン２１を乗算し、速度指令を速度制御部２２へ出力する。２２は速度指令を受けてトルク指令を出力する速度制御部であり、位置制御部２０からの速度指令と、位置フィードバックを微分器２８により微分して得られる速度フィードバック値と、位置指令を微分し速度フィードフォワードゲイン２４を乗算した速度フィードフォワード値を入力とし、トルク指令を算出し駆動部２３に出力する。駆動部２３はトルク指令を入力しサーボモータ２６を回転させる。ここまでの構成は従来技術と同様の構成である。本発明では、この制御ブロックに位置制御ループゲイン算出部２５を追加した。この位置制御ループゲイン算出部２５では、速度フィードフォワードゲイン２４と、あらかじめ設定された目標円弧半径縮小量と、その目標値となる送り速度と円弧半径から位置制御ループゲインを求める。
【００１０】
ここで、位置制御ループを計算する式について説明する。
図２に速度制御がＰＩ制御の場合の制御ブロック図、図３に速度制御がＩＰ制御の場合の制御ブロック図を示す。速度制御が図２に示すようなＰＩ制御の場合、位置指令から位置応答までの伝達関数は式（２）で示される。
【００１１】
【数２】
2005135060.tif 000006
ただし、Ｋｖ：速度制御ループゲイン［１／ｓ］、Ｋｐ：位置制御ループゲイン［１／ｓ］、Ｖｆｆ：速度フィードフォワードゲイン、Ｔｉ：速度制御ループ積分時定数［ｓｅｃ］、ｓ：ラプラス演算子
【００１２】
円弧半径縮小量ΔＲは、  ΔＲ＝（１−｜Ｇ｜）Ｒ  で求められるため、式（２）から｜Ｇ｜を求め、整理すると式（３）を得る。
【００１３】
【数３】
2005135060.tif 000007
ただし、Ｖ：送り速度［ｍｍ／ｓｅｃ］、Ｒ：円弧半径［ｍｍ］
【００１４】
式（３）をＫｐについて解くと式（４）を得る。
【００１５】
【数４】
2005135060.tif 000008
【００１６】
また、速度制御が図３に示すようなＩＰ制御の場合、位置指令から位置応答までの伝達関数は，式（５）で示される。
【００１７】
【数５】
2005135060.tif 000009
【００１８】
ＰＩ制御の場合と同様に、式（５）から｜Ｇ｜を求め，ΔＲ＝（１−｜Ｇ｜）Ｒに代入すると、円弧半径縮小量ΔＲは式（６）となる。
【００１９】
【数６】
2005135060.tif 000010
【００２０】
式（６）をＫｐについて解くと式（７）を得る。
【００２１】
【数７】
2005135060.tif 000011
【００２２】
よって式（４）および式（７）を用いることによって目標円弧半径縮小量となる位置ループゲインを求めることができる。
【００２３】
図４は本発明の方法の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下に本発明の方法の詳細を説明する。
本発明では、機械のセットアップ等でサーボを調整するときに、速度フィードフォワードゲインを使用してオーバーシュートを調整すれば、位置制御ループゲインを目標半径縮小量から自動的に計算する。
【００２４】
はじめに、あらかじめ設定されたパラメータにて位置制御ループゲインを自動計算によって求めるか否かを判別し（ステップ１）、自動計算しない場合はそのまま処理を抜ける。位置制御ループを自動計算する場合は、オーバーシュートを測定しながら、速度フィードフォワードゲインを調整する（ステップ２）。次に速度制御がＰＩ制御かＩＰ制御かを判別し（ステップ３）、速度制御がＰＩ制御の場合は式（４）を、ＩＰ制御の場合は式（７）を使用して、あらかじめパラメータで設定された目標円弧半径縮小量と速度フィードフォワードゲインから位置制御ループゲインを計算する（ステップ４、５）。ここで目標円弧半径縮小量を決めるには、その目標値を実現するときの送り速度と円弧半径が必要であり、例えば、送り速度１００００ｍｍ／ｍｉｎで半径５０ｍｍの円弧補間を行った場合の円弧半径縮小量というように値を設定し、位置制御ループゲインを計算する。この送り速度と円弧半径は、ある固定値でも良いがあらかじめパラメータで設定しても良い。そして、オーバーシュートが許容値以内になるまでステップ２からステップ５を繰り返す（ステップ６）。
【００２５】
このように、数式に基づいて位置制御ループゲインを求めるため、形状誤差が目標円弧半径縮小量となるような軌跡追従制御のサーボ調整が、速度フィードフォワードゲインを使用してオーバーシュートの調整をするだけで簡単に行うことができる。その上、指令プログラムや移動速度によらず、フィードフォワードを使用した場合にも、形状誤差を目標の円弧半径縮小量にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のサーボ制御装置の構成を示す制御ブロック図
【図２】速度制御がＰＩ制御の場合の制御ブロック図
【図３】速度制御がＩＰ制御の場合の制御ブロック図
【図４】本発明の方法の処理手順を示すフローチャート
【図５】従来の数値制御装置の構成を示すブロック図
【図６】従来の方法の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２７】
２０  位置制御部
２１、５３、６３  位置制御ループゲイン
２２  速度制御部
２３  サーボモータ駆動部
２４、５２、６２  速度フィードフォワードゲイン
２５  位置制御ループゲイン算出部
２６  サーボモータ
２７  位置検出器
２８、５１、６１  微分器
２９  速度フィードフォワード部
３１  加工プログラム解析部
３２  最大移動速度算出部
３３  最終指令速度選択部
３４  補間部
５４、６５  速度制御ループゲイン
５５、６４  速度ループ積分器
５６、５７、６６、６７  積分器
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005135060.tif 000012
【図２】
2005135060.tif 000013
【図３】
2005135060.tif 000014
【図４】
2005135060.tif 000015
【図５】
2005135060.tif 000016
【図６】
2005135060.tif 000017